KR102219332B1

KR102219332B1 - 원심 주조제 복합 롤 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102219332B1
Application number: KR1020167008300A
Authority: KR
Inventors: 노조무 오다; 다카유키 세가와; 야스노리 노자키; 도시유키 핫토리
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2021-02-22
Also published as: EP3050638A4; TWI619567B; CN105579157A; WO2015045720A1; JPWO2015045720A1; US9724740B2; BR112016004076B1; JP5843055B2; TW201515737A; CN105579157B; EP3050638A1; EP3050638B1; KR20160060061A; US20160193637A1

Abstract

원심 주조법에 의해 형성한 외층(1)과, 덕타일 주철로 이루어지는 내층(2)이 용착 일체화되어 이루어지고, 외층이 질량 기준으로 1.3∼3.7%의 C와, 0.3∼3%의 Si와, 0.1∼3%의 Mn과, 1∼7%의 Cr과, 1∼8%의 Mo와, 2.5∼7%의 V, 0.1∼3%의 Nb 및 0.1∼5%의 W 중 적어도 일종(V가 필수)과, 0.01∼0.2%의 B 및/또는 0.05∼0.3%의 S를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 Fe기 합금으로 이루어고, 또한 외층의 조직이 흑연을 함유하지 않고, 내층이 외층에 용착된 동심부(21) 및 동심부의 양단으로부터 일체로 연장되는 구동측 축부(22) 및 종동측 축부(23)를 가지고, 구동측 축부의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 0.35∼2 질량%이며, 종동측 축부의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 0.15∼1.8 질량%로서, 전자가 후자보다 0.2 질량% 이상 많은 원심 주조제 복합 롤이다.

Description

원심 주조제 복합 롤 및 그 제조 방법{CENTRIFUGALLY CAST COMPOSITE ROLL AND ITS PRODUCTION METHOD}

본 발명은, 원심 주조법에 의해 형성한 내마모 및 내사고성이 우수한 외층과, 강인한 내층이 용착 일체화된 복합 구조를 가지는 원심 주조제 복합 롤, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

열간 압연용의 작업 롤(working roll)로서, 원심 주조법에 의해 형성한 내마모성 철기(鐵基) 합금으로 이루어지는 외층과, 강인한 덕타일 주철로 이루어지는 내층을 용착 일체화한 원심 주조제 복합 롤이 널리 사용되고 있다. 원심 주조제 복합 롤에서는, 압연재와의 접촉에 의한 열적 및 기계적 부하에 의해 롤 외층에 마모 및 거칠어짐 등의 손상이 일어나, 압연재의 표면 품질의 열화의 원인이 된다. 그러므로, 외층의 손상이 어느 정도 진행되면, 롤의 교환이 행해진다. 압연기로부터 분리해 낸 롤은, 외층으로부터 손상부를 연삭 제거한 후, 다시 압연기에 조립한다. 롤 외층으로부터 손상부를 연삭 제거하는 것은 「개삭(改削)」이라 불린다. 작업 롤은, 초기 직경으로부터 압연에 사용 가능한 최소 직경[폐각(廢却) 직경]까지 개삭된 후, 폐각 된다. 초기 직경으로부터 폐각 직경까지를 「압연 유효 직경」이라 부른다. 개삭이 빈번하게 행해지면 압연의 중단에 의해 생산성이 저하되므로, 압연 유효 직경 내의 외층은, 큰 손상을 방지하기 위해 우수한 내마모성, 내사고성 및 내거침성(roughening resistance)을 가지는 것이 바람직하다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 복합 롤(10)은, 압연재와 접하는 외층(1)과, 외층(1)의 내면에 용착된 내층(2)으로 이루어진다. 내층(2)은 외층(1)과 다른 재질로 이루어지고, 외층(1)에 용착된 동심(胴芯)부(21)와, 동심부(21)으로부터 일체로 양측으로 연장되는 구동측 축부(22) 및 종동측 축부(23)로 이루어진다. 구동측 축부(22)의 단부(端部)에는, 구동 토크 전달에 사용하는 클러치부(24)가 일체로 설치되어 있다. 또한, 종동측 축부(23)의 단부에는, 복합 롤(10)의 핸들링 등에 필요한 볼록형(凸狀)부(25)가 일체로 설치되어 있다. 클러치부(24)는 단면(24a)과 구동 수단(도시하지 않음)과 걸어맞추어지는 한 쌍의 평탄한 절결면(24b, 24b)을 가지고, 볼록형부(25)는 단면(25a)을 가진다. 구동측 축부(22) 및 종동측 축부(23)에는, 베어링부, 넥(neck)부 등을 형성하기 위해 기계 가공을 행할 필요가 있다.

복합 롤(10)을 열간 압연에 사용하는 경우, 개삭의 인터벌을 가능한 길게 하기 위해, 외층(1)의 마모, 소부(seizure), 거칠어짐 등의 손상을 억제하고, 또한 토크 전달을 위해 커플링에 체결되는 구동측 축부(22)의 클러치부(24)의 손모(損耗)도 억제할 필요가 있다. 그러므로, 외층(1)을 내마모성 및 내사고성이 우수한 철기 합금으로 형성하고, 또한 내층(2)을 형성하는 덕타일 주철의 내마모성을 향상하는 것이 중요하다.

클러치부의 내마모성을 향상시킨 열간 압연용 복합 롤로서, 일본공개특허 평6-304612호는, 고속도 공구강으로 이루어지는 외층과, C: 0.2∼1.2 중량%의 탄소강 또는 저합금강으로 이루어지는 내층 및 축부를 가지는 열간 압연용 복합 롤에 있어서, 중량 기준으로 C: 2.5∼3.5%, Si: 1.6∼2.8%, Mn: 0.3∼0.6%, P<0.05%, S<0.03%, Ni<0.5%, Cr<0.2%, Mo<0.5%, 및 Mg: 0.02∼0.05%를 함유하고, 잔부 Fe 및 그 외의 불가피한 성분으로 이루어지고, 흑연 면적 비율이 5∼15%인 구형 흑연 주철로 이루어지는 클러치부를 축부의 단부에 주조에 의해 이은 열간 압연용 복합 롤을 개시하고 있다. 그러나, 이 클러치부의 내마모성은 아직도 불충분하다. 또한, 축부의 단부에 클러치부를 주조에 의해 잇기 때문에, 양자의 접합 경계에 이물질 낌(foreign matter contained) 등의 주조 결함이 발생하기 쉬운 문제도 있다. 또한, 주조에 의해 이어지는 부위를 평삭 가공하거나, 주조에 의해 이어진 부분의 주위에 주형을 세팅하거나, 내층과 다른 클러치부용 구형 흑연 주철을 용해 및 주조하는 공정이 필요하거나 하므로, 제조 코스트가 커진다고 하는 문제도 있다.

일본공개특허 제2012-213780호는, 외층과, 그 내면에 형성된 바디부와, 바디부의 일단으로부터 연장되는 구동축과, 타단으로부터 연장되는 종동축을 가지고, 구동축의 인장 강도가 종동축보다 50MPa 이상 높은 압연용 복합 롤을 개시하고 있다. 구동축과 종동축에 의해 인장 강도에 차이를 부여하는 방법의 예로서, 일본공개특허 제2012-213780호는, 구동축을 하측으로 하고, 종동축을 상측으로 한 정치(靜置) 주조에 있어서, 구동축용의 하형(下型)에 내화재를 도포한 금형을 사용하고, 종동축용의 상형(上型)에 사형(砂型)을 사용하고, 하측의 캐스팅 온도를 상측의 캐스팅 온도보다 20℃ 이상 낮게 하는 방법을 기재하고 있다. 그러나, 캐스팅 온도의 차이에 의해서는 종동축보다 구동축을 고강도로 할 수 있어도, 구동축의 내마모성을 종동축보다 높게 할 수는 없다.

또한, 구동측 축부(22)의 내손모성을 높이기 위해 내층(2) 전체의 경도를 높게 하면, 종동측 축부(23)의 경도도 상승하고, 가공성이 저하된다는 문제가 생긴다.

따라서 본 발명의 목적은, 종동측 축부의 가공성을 유지한 채 구동측 축부의 내손모성을 개선한 원심 주조제 복합 롤, 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 감안하여 예의(銳意) 연구한 결과, 본 발명자 등은, 외층을 원심 주조법에 의해 형성한 후에, 정치 주조용 주형 내에 주입하는 내층용 용탕의 탕면(湯面)의 상승 속도를 적절히 제어하면, (a) 외층 중의 Cr, Mo, V, Nb 및 W를 구동측 축부 쪽에 종동측 축부보다 많이 혼입시킬 수 있고, 이로써 구동측 축부를 종동측 축부보다 고경도로 할 수 있고, 또한 (b) 고경도의 구동측 축부는 우수한 내손모성을 가지고, 종동측 축부는 양호한 가공성을 가지는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명의 원심 주조제 복합 롤은, 원심 주조법에 의해 형성한 외층과, 덕타일 주철로 이루어지는 내층이 용착 일체화하여 이루어지고 ,

상기 외층이, 질량 기준으로 1.3∼3.7%의 C와, 0.3∼3%의 Si와, 0.1∼3%의 Mn과, 1∼7%의 Cr과, 1∼8%의 Mo와, 2.5∼7%의 V, 0.1∼3%의 Nb 및 0.1∼5%의 W 로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 일종으로서, V가 필수인 원소와, 0.01∼0.2%의 B 및/또는 0.05∼0.3%의 S를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 Fe기 합금으로 이루어지고, 또한 상기 외층의 조직이 흑연을 함유하지 않고,

상기 내층이, 상기 외층에 용착한 동심부와, 상기 동심부의 양단으로부터 일체로 연장되는 구동측 축부 및 종동측 축부를 가지고,

상기 구동측 축부의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 0.35∼2 질량%이며, 상기 종동측 축부의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 0.15∼1.8 질량%로서, 전자가 후자보다 0.2 질량% 이상 많은 것을 특징으로 한다.

상기 외층은 또한, 질량 기준으로 0.1∼5%의 Ni, 0.1∼10%의 Co, 0.01∼0.5%의 Zr, 0.005∼0.5%의 Ti, 및 0.001∼0.5%의 Al로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 일종을 함유해도 된다.

본 발명의 원심 주조제 복합 롤의 제조 방법은, (1) 회전하는 원심 주조용 원통형 주형으로 상기 외층을 원심 주조하고, (2) 상기 외층을 가지는 상기 원통형 주형을 기립시키고, 그 상하단에 각각 상기 외층에 연통하는 상기 구동측 축부용의 하형 및 상기 종동측 축부용의 상형을 설치하여, 정치 주조용 주형을 구성하고, (3) 상기 상형, 상기 외층 및 상기 하형에 의해 구성되는 캐비티에 상기 내층용의 용탕을 주입(pouring)하는 공정을 가지고, 상기 상형 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도가 100mm/초 이하이며, 상기 하형 및 상기 외층 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도보다 작은 것을 특징으로 한다.

상기 상형 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도와, 상기 하형 및 상기 외층 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도의 차는 50∼150mm/초인 것이 바람직하다.

본 발명의 원심 주조제 복합 롤에서는, 외층 중의 Cr, Mo, V, Nb 및 W가 클러치부를 가지는 구동측 축부 쪽에 종동측 축부보다 많이 혼입되어 있으므로, 구동측 축부는 충분히 경화되어 우수한 내손모성을 가지고, 종동측 축부는 지나치게 경화되지 않아, 기계 가공이 용이하다. 그러므로, 본 발명의 원심 주조제 복합 롤은 대폭 개선된 내용(耐用) 수명과 양호한 가공성을 겸비한다. 이와 같은 특징을 가지는 본 발명의 원심 주조제 복합 롤은, 외층의 형성 후에 주탕하는 내층용 용탕의 탕면의 상승 속도를 제어함으로써 얻어지므로, 그 제조 방법은 효율적이며, 원심 주조제 복합 롤의 제조 코스트를 대폭 저감하는 데에 기여한다.

도 1은 복합 롤을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 복합 롤의 클러치부 측을 나타내는 부분 사시도이다.
도 3a는 본 발명의 원심 주조제 복합 롤의 제조에 사용하는 주형의 일례를 나타낸 분해 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 원심 주조제 복합 롤의 제조에 사용하는 주형의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 원심 주조제 복합 롤의 제조에 사용하는 주형의 다른 예를 나타낸 단면도이다.

본 발명의 실시 형태를 이하 상세하게 설명하지만, 본 발명은 그들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 각종 변경을 해도 된다. 특별히 다른 언급이 없으면, 단지 「%」라고 기재하고 있을 때는 「질량%」를 의미한다.

[1] 원심 주조제 복합 롤

(A) 외층

외층은, 질량 기준으로 1.3∼3.7%의 C와, 0.3∼3%의 Si와, 0.1∼3%의 Mn과, 1∼7%의 Cr과, 1∼8%의 Mo와, 2.5∼7%의 V, 0.1∼3%의 Nb 및 0.1∼5%의 W로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 일종으로서, V가 필수인 원소와, 0.01∼0.2%의 B 및/또는 0.05∼0.3%의 S를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 Fe기 합금으로 이루어진다. 외층은 또한, 0.1∼5%의 Ni, 0.1∼10%의 Co, 0.01∼0.5%의 Zr, 0.005∼0.5%의 Ti, 및 0.001∼0.5%의 Al로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 일종을 함유해도 된다.

(1) 필수 원소

(a) C: 1.3∼3.7 질량%

C는 V, Nb, Cr, Mo 및 W와 결합하여 경질 탄화물을 생성하고, 외층의 내마모성의 향상에 기여한다. C가 1.3 질량% 미만에서는 경질 탄화물의 정출량이 지나치게 적어 외층에 충분한 내마모성을 부여할 수 없다. 한편, C가 3.7 질량%를 넘으면 과잉의 탄화물의 정출에 의해 외층의 인성이 저하되고, 내크랙성이 저하되므로, 압연에 의한 크랙이 깊어지고, 롤 손실이 증가한다. C의 함유량의 하한은 바람직하게는 1.5 질량%이다. 또한, C의 함유량의 상한은 바람직하게는 3.4 질량%이며, 보다 바람직하게는 3 질량%이다.

(b) Si: 0.3∼3질량%

Si는 용탕의 탈산에 의해 산화물의 결함을 감소시키고, 또한, 기지(基地)에 고용(固溶)되어 내소부성을 향상시키고, 또한 용탕의 유동성을 향상시켜 주조 결함을 방지하는 작용을 가진다. Si가 0.3 질량% 미만에서는 용탕의 탈산 작용이 불충분하며, 용탕의 유동성도 부족하고, 결함 발생율이 높다. 한편, Si가 3 질량%를 넘으면 합금 기지가 취화(脆化)되어, 외층의 인성은 저하된다. Si 함유량의 하한은 바람직하게는 0.4 질량%이며, 보다 바람직하게는 0.5 질량%이다. Si 함유량의 상한은 바람직하게는 2.7 질량%이며, 보다 바람직하게는 2.5 질량%이다.

(c) Mn: 0.1∼3질량%

Mn은 용탕의 탈산 작용 외에, 불순물인 S를 MnS로서 고정시키는 작용을 가진다. MnS는 윤활 작용을 가지고, 압연재의 소부 방지에 효과가 있으므로, 원하는 양의 MnS를 함유하는 것이 바람직하다. Mn이 0.1 질량% 미만에서는 그 첨가 효과는 불충분하다. 한편, Mn이 3 질량%를 넘어도 추가적인 효과는 얻을 수 없다. Mn의 함유량의 하한은 바람직하게는 0.3 질량%이다. Mn의 함유량의 상한은 바람직하게는 2.4 질량%이며, 보다 바람직하게는 1.8 질량%이다.

(d) Cr: 1∼7 질량%

Cr은 기지를 베이나이트 또는 마르텐사이트로 하여 경도를 유지하고, 내마모성을 유지하는 데 유효한 원소이다. Cr이 1 질량% 미만에서는 내층에 용해되는 양이 부족하여, 클러치부의 내손모성의 향상 효과가 불충분하다. 한편, Cr이 7 질량%를 넘으면, 기지 조직의 인성이 저하된다. Cr의 함유량의 하한은 바람직하게는 1.5 질량%이며, 보다 바람직하게는 2.5 질량%이다. Cr 함유량의 상한은 바람직하게는 6.8 질량%이다.

(e) Mo: 1∼8 질량%

Mo는 C와 결합하여 경질 탄화물(M₆C, M₂C)을 형성하여, 외층의 경도를 증가시키고, 또한 기지의 담금질성을 향상시킨다. 또한, Mo는 V 및 Nb와 함께 강인하고 경질인 MC 탄화물을 생성하여, 내마모성을 향상시킨다. Mo가 1 질량% 미만에서는 내층에 용해되는 양이 부족하고, 클러치부의 내손모성의 향상 효과가 불충분하다. 한편, Mo가 8 질량%를 넘으면, 외층의 인성이 저하된다. Mo 함유량의 하한은 바람직하게는 1.5 질량%이며, 보다 바람직하게는 2.5 질량%이다. Mo 함유량의 상한은 바람직하게는 7.8 질량%이며, 보다 바람직하게는 7.6 질량%이다.

(f) 탄화물 형성 원소

외층은, 탄화물 형성 원소로서, 2.5∼7 질량%의 V, 0.1∼3 질량%의 Nb 및 0.1∼5 질량%의 W로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 일종을 함유하지만, V는 필수 원소이다.

(i) V: 2.5∼7 질량%

V는 C와 결합하여 경질의 MC 탄화물을 생성하는 원소이다. MC 탄화물은 2500∼3000의 비커스 경도(Vickers hardness) Hv를 가지고, 탄화물 중에서도 가장 경질이다. V가 2.5 질량% 미만에서는, MC 탄화물의 석출량이 불충분할 뿐 아니라, 내층에 용해되는 양이 부족한 것에 의해, 클러치부의 내손모성의 향상 효과가 불충분하다. 한편, V가 7 질량%를 넘으면, 비중이 낮은 MC 탄화물이 원심 주조 중의 원심력에 의해 외층의 내측에 농화(濃化)되고, MC 탄화물의 반경 방향 편석(偏析)이 현저하게 될 뿐 아니라, MC 탄화물이 조대화(粗大化)되어 합금 조직이 엉성해져, 압연 시에 거칠어지기 쉬워진다. V 함유량의 하한은 바람직하게는 2.7 질량%이며, 보다 바람직하게는 2.9 질량%이다. V 함유량의 상한은 바람직하게는 6.9 질량%이며, 보다 바람직하게는 6.8 질량%이다.

(ii) Nb: 0.1∼3 질량%

V와 마찬가지로, Nb도 C와 결합하여 경질 MC 탄화물을 생성한다. Nb는 V 및 Mo와의 복합 첨가에 의해, MC 탄화물에 고용되어 MC 탄화물을 강화하고, 외층의 내마모성을 향상시킨다. NbC계의 MC 탄화물은, VC계의 MC 탄화물보다 용탕과의 밀도차가 작으므로, MC 탄화물의 편석을 경감시킨다. Nb 함유량의 하한은 바람직하게는 0.2 질량%이다. Nb 함유량의 상한은 바람직하게는 2.9 질량%이며, 보다 바람직하게는 2.8 질량%이다.

(iii) W: 0.1∼5 질량%

W는 C와 결합하여 경질의 M₆C 등의 경질 탄화물을 생성하여, 외층의 내마모성 향상에 기여한다. 또한, MC 탄화물에도 고용되어 그 비중을 증가시키고, 편석을 경감시키는 작용을 가진다. 그러나, W가 5 질량%를 넘으면, M₆C 탄화물이 많아지고, 조직이 불균질해져, 거칠어짐의 원인이 된다. 따라서, W를 첨가하는 경우, 5 질량% 이하로 한다. 한편, W가 0.1 질량% 미만에서는 그 첨가 효과는 불충분하다. W의 함유량의 상한은 바람직하게는 4 질량%이며, 보다 바람직하게는 3 질량%이다.

(g) B 및/또는 S

외층은 0.01∼0.2 질량%의 B 및/또는 0.05∼0.3 질량%의 S를 더 함유한다. 이들 원소에 의해 외층의 내소부성이 향상된다. 열간 압연에서는, 압연 강판이 포개어져 압연되는 사고[오버랩 롤링(overlapped rolling)이라 불림]에 의해, 고온의 강판이 롤 표면에 눌러붙고, 롤 표면에 격한 열 균열이 발생하는 경우가 있다. B 및 S는 윤활 작용을 가지는 화합물을 외층 내에 생성하고, 내소부성을 향상시킨다.

(i) B: 0.01∼0.2 질량%

B는 탄화물에 고용되고, 또한 윤활 작용을 가지는 탄소붕화물을 형성하고, 내소부성을 향상시킨다. 탄소붕화물의 윤활 작용은 특히 고온에서 현저하게 발휘되므로, 열간 압연재가 물릴 때의 소부 방지에 효과적이다. B가 0.01 질량% 미만에서는 충분한 윤활 작용을 얻을 수 없다. 한편, B가 0.2 질량%를 넘으면 외층을 취화시킨다. B 함유량의 하한은 바람직하게는 0.012 질량%이며, 보다 바람직하게는 0.015 질량%이다. 또한, B 함유량의 상한은 바람직하게는 0.15 질량%이며, 보다 바람직하게는 0.1 질량%이다.

(ii) S: 0.05∼0.3 질량%

S는 통상 유해 원소로 취급되고 있지만, MnS의 윤활성을 이용하기 위해 첨가한다. S가 0.05 질량% 미만에서는 MnS의 윤활 작용이 충분히 얻어지지 않고, 또한, 0.3 질량%를 넘으면 외층의 취화가 일어난다. S 함유량의 상한은 바람직하게는 0.2 질량%이며, 보다 바람직하게는 0.15 질량%이다.

(2) 임의 원소

외층은 질량 기준으로 0.1∼5%의 Ni, 0.1∼10%의 Co, 0.01∼0.5%의 Zr, 0.005∼0.5%의 Ti, 및 0.001∼0.5%의 Al로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 일종을 더 함유해도 된다.

(a) Ni:0.1∼5 질량%

Ni는 기지의 담금질성을 향상시키는 작용을 가지므로, 대형의 복합 롤의 경우에 Ni를 첨가하면, 냉각 중의 펄라이트의 발생을 방지하고, 외층의 경도를 향상시킬 수 있다. Ni의 첨가 효과는 0.1 질량% 미만에서는 거의 없고, 5 질량%를 넘으면 오스테나이트가 지나치게 안정화되어, 경도가 향상되기 어려워진다. Ni 함유량의 상한은 바람직하게는 4 질량%이며, 보다 바람직하게는 3.5 질량%이다.

(b) Co:0.1∼10 질량%

Co는 기지 중에 고용되고, 기지의 열간 경도를 증가시키고, 내마모성 및 내거침성을 개선하는 효과를 가진다. Co가 0.1 질량% 미만에서는 첨가 효과는 거의 없고, 또한, 10 질량%를 넘어도 추가적인 향상은 얻어지지 않는다. Co 함유량의 하한은 바람직하게는 1 질량%이다. 또한, Co 함유량의 상한은 바람직하게는 7 질량%이다.

(c) Zr:0.01∼0.5 질량%

V 및 Nb와 마찬가지로, Zr은 C와 결합하여 MC 탄화물을 생성하고, 내마모성을 향상시킨다. 또한, Zr은 용탕 중에서 산화물을 생성하고, 이 산화물이 결정핵으로서 작용하므로, 응고 조직이 미세해진다. 또한, Zr은 MC 탄화물의 비중을 증가시켜, 편석 방지에 효과가 있다. 그러나, Zr이 0.5 질량%를 넘으면, 개재물로 되므로 바람직하지 않다. Zr 함유량의 상한은 보다 바람직하게는 0.3 질량%이다. 또한, 충분한 첨가 효과를 얻기 위해서는, Zr의 함유량의 하한은 보다 바람직하게는 0.02 질량%이다.

(d) Ti:0.005∼0.5 질량%

Ti는 C 및 N와 결합하고, TiC, TiN 또는 TiCN와 같은 경질의 입상(粒狀) 화합물을 형성한다. 이들은, MC 탄화물의 핵으로 되므로, MC 탄화물의 균질 분산 효과가 있어, 내마모성 및 내거침성의 향상에 기여한다. 그러나, Ti 함유량이 0.5 질량%를 넘으면, 용탕의 점성이 증가하고, 주조 결함이 발생하기 쉬워진다. Ti 함유량의 상한은 보다 바람직하게는 0.3 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.2 질량%이다. 또한, 충분한 첨가 효과를 얻기 위해서는, Ti의 함유량의 하한은 보다 바람직하게는 0.01 질량%이다.

(e) Al:0.001∼0.5 질량%

Al은 산소와의 친화성이 높으므로, 탈산제로서 작용한다. 또한, Al은 흑연화 저해 원소인 N 및 O와 결합하고, 형성된 산질화물이 용탕 중에 현탁되어 핵으로 되고, MC 탄화물을 미세 균일하게 정출시킨다. 그러나, Al이 0.5 질량%를 넘으면, 외층이 약해진다. 또한, Al이 0.001 질량% 미만에서는 그 효과가 충분하지 않다. Al 함유량의 상한은 보다 바람직하게는 0.3 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.2 질량%이다. 또한, 충분한 첨가 효과를 얻기 위해서는, Al의 함유량의 하한은 보다 바람직하게는 0.01 질량%이다.

(3) 불가피한 불순물

외층의 조성의 잔부는 실질적으로 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 불가피한 불순물 중, P는 기계적 성질의 열화를 초래하므로, 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, P의 함유량은 0.1 질량% 이하가 바람직하다. 그 외의 불가피한 불순물로서, Cu, Sb, Te, Ce 등의 원소는 합계로 0.7 질량% 이하이면 양호하다.

(4) 조직

외층의 조직은, (a) MC 탄화물, (b) M₂C나 M₆C의 Mo를 주체로 하는 탄화물(Mo계 탄화물) 또는 M₇C₃ 나 M₂₃C₆의 Cr을 주체로 하는 탄화물(Cr계 탄화물), (c) 탄소붕화물, 및 (d) 기지로 이루어진다. 탄소붕화물은 일반적으로 M(C, B)의 조성을 가진다. 단, 금속 M은 주로 Fe, Cr, Mo, V, Nb 및 W 중 적어도 일종이며, 금속 M, C 및 B의 비율은 조성에 의해 변화한다. 본 발명의 외층의 조직은 흑연을 함유하지 않은 것을 특징으로 한다.

(B) 내층

(1) 탄화물 형성 원소

상기 외층(1)과 용착 일체화된 내층(2)은 덕타일 주철로 이루어지고, 외층(1)에 용착된 동심부(21)와, 동심부(21)의 양단으로부터 일체로 연장되는 구동측 축부(22) 및 종동측 축부(23)을 가진다. 내층(2)은, (a) 구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 탄화물 형성 원소(Cr, Mo, V, Nb 및 W)의 합계량이 0.35∼2 질량%이며, (b) 종동측 축부(23)의 단부에 있어서의 탄화물 형성 원소(Cr, Mo, V, Nb 및 W)의 합계량이 0.15∼1.8 질량%이며, 또한 (c) 구동측 축부(22)에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 종동측 축부(23)에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량보다 0.2 질량% 이상 많은 것을 특징으로 한다.

요건 (a) 및 (b)

외층(1)에 1∼7%의 Cr, 1∼8%의 Mo 및 2.5∼7%의 V를 첨가하고, 또한 임의로 0.1∼3%의 Nb 및 0.1∼5%의 W를 첨가하면, 내층(2)의 형성 시에 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 일부가 외층(1)으로부터 내층(2)으로 혼입되고, 내층(2)의 구동측 축부(22) 및 종동측 축부(23) 모두 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 농도가 상승한다. 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 원심 주조제 복합 롤에서는, 내층(2)의 구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 탄화물 형성 원소(Cr, Mo, V, Nb 및 W)의 합계량이 0.35∼2 질량%로 되고, 또한, 종동측 축부(23)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 0.15∼1.8 질량%로 되고, 모두, 기지 조직의 고용 강화 및 탄화물의 형성에 의해 롤 축부는 고강도화 및 고경도화된다.

구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 0.35 질량% 미만에서는, 구동측 축부(22)의 고강도화 및 고경도화가 불충분하며, 특히 클러치부(24)의 내손모성이 불충분해진다. 한편, Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 2 질량%를 넘으면, 탄화물의 생성량이 지나치게 많아, 구동측 축부(22)의 파손의 우려가 생긴다. 구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량은 0.6∼1.8 질량%가 바람직하다.

종동측 축부(23)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 0.15 질량% 미만에서는, 종동측 축부(23)의 고강도화가 불충분하다. 한편, Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 1.8 질량%를 넘으면, 탄화물의 생성량이 지나치게 많아, 가공성이 지나치게 저하된다. 종동측 축부(23)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량은 0.2∼1.5 질량%가 바람직하다.

단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량은, 구동측 축부(22) 및 종동측 축부(23)의 단면으로부터 롤 축 방향으로 100mm 이내의 범위로부터 채취한 시료를 화학분석함으로써 구한다. 그리고, 구동측 축부(22)의 단면으로부터 롤 축 방향으로 100mm 이내의 범위에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 상기 조건을 만족시키면, 클러치부(24)는 필요한 내손모성을 갖는다고 할 수 있다. 또한, 종동측 축부(23)의 단면으로부터 롤 축 방향으로 100mm 이내의 범위에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 상기 조건을 만족시키면, 종동측 축부(23) 전체는 충분한 가공성을 갖는다고 할 수 있다.

요건 (c)

구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량은, 종동측 축부(23)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량보다 0.2 질량% 이상 많다. 이로써, 구동측 축부(22)의 클러치부(24)의 내손모성을 한층 더 높이고, 또한 종동측 축부(23)의 가공성을 확보할 수 있다. 양 축부(22, 23)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량의 차는 0.25 질량% 이상이 바람직하고, 0.3 질량% 이상이 보다 바람직하다.

(2) 내층의 조성

내층(2)을 형성하는 데에 사용하는 덕타일 주철은, 질량 기준으로 C:2.3∼3.6%, Si:1.5∼3.5%, Mn:0.2∼2%, Cr:0.05∼1%, Mo:0.05∼1%, V:0.05∼1%, Nb:0∼0.7%, W:0∼0.7%, Ni:0.3∼2.5%, 및 Mg:0.01∼0.08%를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe 및 불가피한 불순물인 것이 바람직하다. 물론, Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량은 상기 요건 (a) 및 (b)를 만족시키지 않으면 안된다. 내층(2)은 0.1% 이하의 Al 및 0.1∼1%의 Cu를 더 함유해도 된다. 플럭스 또는 내화재로부터 혼입되는 B, Ca, Na 또는 Zr의 함유량은 합계로 0.2% 이하가 바람직하다. 또한, 불순물로서, S, P, N 및 O를 합계로 약 0.1% 이하 함유해도 된다.

[2] 복합 롤의 제조 방법

도 3a 및 도 3b는, 원심 주조용 원통형 주형(30)으로 외층(1)을 원심 주조한 후에 내층(2)을 주조하는 데 사용하는 정치 주조용 주형의 일례를 나타낸다. 정치 주조용 주형(100)은, 내면에 외층(1)을 가지는 원통형 주형(30)과, 그 상하단에 설치된 상형(40) 및 하형(50)으로 이루어진다. 원통형 주형(30) 내의 외층(1)의 내면은 내층(2)의 동심부(21)을 형성하기 위한 캐비티(60a)를 가지고, 상형(40)은 내층(2)의 종동측 축부(23)를 형성하기 위한 캐비티(60b)를 가지고, 하형(50)은 내층(2)의 구동측 축부(22)를 형성하기 위한 캐비티(60c)를 가진다. 원통형 주형(30)을 사용하는 원심 주조법은 수평형, 경사형 또는 수직형 중 어느 하나이어도 된다.

원통형 주형(30)의 상하에 상형(40) 및 하형(50)을 조립하면, 외층(1) 내의 캐비티(60a)는 상형(40)의 캐비티(60b) 및 하형(50)의 캐비티(60c)와 연통하고, 내층(2) 전체를 일체로 형성하는 캐비티(60)을 구성한다. 원통형 주형(30) 내의 도면부호 32 및 33은 사형이다. 또한, 상형(40) 내의 도면부호 42 및 하형(50) 내의 도면부호 52는 각각 사형이다. 그리고, 하형(50)에는 내층용 용탕을 유지하기 위한 바닥판(53)이 설치되어 있다.

도 3a 및 도 3b 에 나타낸 바와 같이, 구동측 축부(22) 형성용의 하형(50)의 상에, 외층(1)을 원심 주조한 원통형 주형(30)을 기립시켜 설치하고, 원통형 주형(30)의 위에 종동측 축부(23) 형성용의 상형(40)을 설치하여, 내층(2) 형성용의 정치 주조용 주형(100)을 구성한다.

정치 주조용 주형(100)에 있어서, 원심 주조법에 의해 형성한 외층의 응고 도중 또는 응고 후에, 내층(2)용의 덕타일 주철 용탕이 상형(40)의 위쪽 개구부(43)으로부터 캐비티(60) 내에 주입됨에 따라, 캐비티(60) 내의 용탕의 탕면은 하형(50)으로부터 상형(40)까지 점차 상승하고, 구동측 축부(22), 동심부(21) 및 종동측 축부(23)로 이루어지는 내층(2)이 일체로 주조된다. 그 때, 용탕의 열량에 의해 외층(1)의 내면부는 재용해되어, 외층(1) 중의 Cr, Mo, V, Nb 및 W는 내층(2)에 혼입된다.

본 발명의 방법에서는, 종동측 축부(23) 형성용의 상형(40) 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도를 100mm/초 이하로 하고, 또한 구동측 축부(22) 형성용의 하형(50) 및 동심부(21) 형성용의 원통형 주형(30)[외층(1)] 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도보다 작게 한다. 이로써, 동심부(21)까지의 주탕으로 재용해된 외층(1)으로부터 나온 Cr, Mo, V, Nb 및 W는 구동측 축부(22) 및 동심부(21)에 어느 정도 머물러, 상형(40)에서 형성되는 종동측 축부(23)에 혼입되는 것이 억제된다.

상형(40) 내의 용탕 면의 상승 속도가 100mm/초를 넘으면, 주탕에 의한 용탕의 교반에 의해, 하형(50) 및 원통형 주형(30) 내의 용탕과 상형(40) 내의 용탕이 서로 섞여, 구동측 축부(22) 및 동심부(21) 내의 Cr, Mo, V, Nb 및 W가 종동측 축부(23)에 혼입된다. 그 결과, 종동측 축부(23) 내의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 지나치게 많아지고, 종동측 축부(23)의 경도가 지나치게 높아진다. 상형(40) 내의 용탕 면의 상승 속도는 10∼100mm/초가 바람직하고, 20∼90mm/초가 보다 바람직하다.

상형(40) 내의 용탕 면의 상승 속도를 100mm/초 이하로 할 뿐 아니라, 하형(50) 내의 용탕 면의 상승 속도 및 원통형 주형(30)[외층(1)] 내의 용탕 면의 상승 속도보다 작게 함으로써, 외층(1) 내의 Cr, Mo, V, Nb 및 W를 효율적으로 구동측 축부(22) 및 동심부(21)에 혼입시킬 수 있고, 또한 구동측 축부(22) 및 동심부(21)에 혼입된 Cr, Mo, V, Nb 및 W가 용탕의 교반에 의해 종동측 축부(23)에 지나치게 재혼입되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 상형(40) 내의 용탕 면의 상승 속도는, 하형(50) 내의 용탕 면의 상승 속도 및 원통형 주형(30)[외층(1)] 내의 용탕 면의 상승 속도보다 50∼150mm/초 작은 것이 바람직하다. 또한, 하형(50) 내의 용탕 면의 상승 속도 및 원통형 주형(30)[외층(1)] 내의 용탕 면의 상승 속도는, 주탕에 지장이 없는 한 특별히 제한되지 않지만, 실용적으로는 100∼200mm/초가 바람직하다. 하형(50) 내의 용탕 면의 상승 속도와, 원통형 주형(30)[외층(1)] 내의 용탕 면의 상승 속도는 같아도 되고, 또한 전자 쪽이 커도 된다. 여기서, 상형(40) 내의 용탕 면의 상승 속도, 하형(50) 내의 용탕 면의 상승 속도, 및 원통형 주형(30)[외층(1)] 내의 용탕 면의 상승 속도는, 각각에 있어서의 평균 상승 속도이다.

상기한 바와 같이, 외층(1)에 포함되는 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 함유량을 조정할 뿐 아니라, 상형(40) 내의 용탕 면의 상승 속도, 하형(50) 내의 용탕 면의 상승 속도, 및 원통형 주형(30)[외층(1)] 내의 용탕 면의 상승 속도를 조정함으로써, 구동측 축부(22) 및 종동측 축부(23)로의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 혼입량을 제어할 수 있다. 구체적으로는, 용탕 면의 상승 속도가 큰 하형(50)에서 형성되는 구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량은, 상형(40)에서 형성되는 종동측 축부(23)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량보다 0.2 질량% 이상 많아진다. 그러므로, 구동측 축부(22)의 단부에 형성되는 클러치부(24)의 내손모성을 높일 수 있다. 한편, 종동측 축부(23)는, Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 적기 때문에, 구동측 축부(22)보다 쉽게 가공할 수 있다.

도 4는 본 발명의 방법에 사용하는 주형의 다른 예를 나타낸다. 이 주형(110)은, 외층(1) 및 동심부(21) 형성용의 원통형 주형(30)에 상당하는 부분(71)과, 종동측 축부(23) 형성용의 상형(40)에 상당하는 부분(72)과, 구동측 축부(22) 형성용의 하형(50)에 상당하는 부분(73)이 일체로 형성된 주형이다. 그리고, 도면 부호 71a, 72a, 73a는 사형을 나타낸다. 이와 같이, 주형(110)은 원심 주조용 주형과 정치 주조용 주형을 겸한 것이다. 주형(110)을 사용하여 외층(1)을 원심 주조 한 후, 외층(1)을 내면에 형성한 주형(110) 전체를 기립시키고, 위쪽 개구부(74)로부터 내층(2)용의 덕타일 주철 용탕을 주탕한다.

성분 혼입의 억제나 완충층의 형성 등의 목적으로 중간층을 형성하는 경우, 외층(1)의 내면에 중간층을 형성한 후, 도 3에 나타낸 주형의 경우에는 원통형 주형(30)을 기립시키고, 또한 도 4에 나타낸 주형의 경우에는 주형(110)을 기립시키고, 위쪽 개구부로부터 내층(2)용의 덕타일 주철 용탕을 주탕한다. 중간층의 용탕을 주입할 때에 외층(1)의 내면이 재용해하고, Cr, Mo, V, Nb 및 W가 중간층에 혼입된다. 그러므로, 내층(2)의 주조 시에 중간층의 내면이 재용해되기 때문에, Cr, Mo, V, Nb 및 W는 내층에도 혼입된다.

이하, 본 발명의 실시예에 기초하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼3, 및 비교예 1 및 2

도 3a 에 나타낸 구조의 원통형 주형(30)(내경 800mm, 및 길이 2500mm)을 수평형의 원심 주조기에 설치하고, 표 1에 나타낸 조성(잔부는 Fe 및 불가피한 불순물임)의 용탕을 사용하여 외층(1)을 원심 주조했다. 외층(1)이 응고된 후, 내면에 외층(1)(두께: 90mm)이 형성된 원통형 주형(30)을 기립시키고, 구동측 축부(22) 형성용의 중공형 하형(50)(내경 600mm, 및 길이 1500mm)의 위에 원통형 주형(30)을 세워 설치하고, 원통형 주형(30)의 상에 종동측 축부(23) 형성용의 중공형 상형(40)(내경 600mm, 및 길이 2000mm)을 세워 설치하고, 도 3b 에 나타낸 정치 주조용 주형(100)을 구성한다.

정치 주조용 주형(100)의 캐비티(60)에, 표 1에 나타낸 조성(잔부는 Fe 및 불가피한 불순물임)의 덕타일 주철 용탕을 위쪽 개구부(43)로부터 주탕하였다. 덕타일 주철 용탕의 탕면은, 구동측 축부(22) 형성용의 하형(50), 동심부(21) 형성용의 원통형 주형(30)[외층(1)] 및 종동측 축부(23) 형성용의 상형(40)의 순서로 상승하였다. 이와 같이 하여, 외층(1)의 내부에, 구동측 축부(22), 동심부(21) 및 종동측 축부(23)로 이루어지는 일체적인 내층(2)을 형성하였다.

내층(2)이 완전히 응고된 후, 정치 주조용 주형(100)을 해체하여 복합 롤을 꺼내고, 500℃의 템퍼링 처리를 행하였다. 그 후, 기계 가공에 의해 외층(1), 구동측 축부(22) 및 종동측 축부(23)을 소정의 형상으로 가공하고, 클러치부(24) 및 볼록형부(25)를 형성하였다. 이와 같이 하여 얻어진 각 복합 롤에 대해서 초음파 검사를 행한 결과, 외층(1)과 내층(2)은 건전하게 용착되어 있는 것이 확인되었다.

실시예 4

외층(1)의 내면에 표 1에 나타낸 조성(잔부는 Fe 및 불가피한 불순물임)의 중간층(두께: 20mm)을 형성한 후, 원통형 주형(30)을 기립시킨 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 복합 롤을 형성하였다. 초음파 검사를 행한 결과, 외층(1)과 중간층과 내층(2)은 건전하게 용착되어 있는 것이 확인되었다.

[표 1-1]

[표 1-2]

주:(1) 각 화학 조성에 있어서의 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물임.

실시예 1∼4, 및 비교예 1 및 2에 대하여, 외층, 내층 및 중간층이 주입 온도, 및 구동측 축부(22) 형성용 하형(50), 동심부(21) 형성용 원통형 주형(30) 및 종동측 축부(23) 형성용 상형(40)에 있어서의 내층 용탕 면의 평균 상승 속도를 표 2에 나타낸다. 내층 용탕 면의 평균 상승 속도는, 내층 용탕의 중량 변화와 주입 시간으로부터 산출하였다. 또한, 구동측 축부(22)의 단면(24a) 및 종동측 축부(23)의 단면(25a)으로부터 잘라낸 시료에 대해서, Cr, Mo, V, Nb 및 W의 함유량을 분석하였다. 결과를 표 3에 나타낸다. 또한, 실시예 1∼4의 외층의 금속 조직을 관찰한 결과, 흑연을 함유하지 않은 것이 확인되었다.

[표 2]

[표 3]

(2) 하형의 구동측 축부의 분석값으로부터 상형의 종동측 축부의 분석값을 뺀 값.

(3) Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량.

실시예 1∼4에서는, 종동측 축부(23) 형성용의 상형(40) 내의 덕타일 주철의 용탕 면의 상승 속도는 100mm/초 이하이며, 또한 구동측 축부(22) 형성용의 하형(50) 내의 덕타일 주철의 용탕 면의 상승 속도 및 동심부(21) 형성용의 원통형 주형(30)[외층(1)] 내의 덕타일 주철의 용탕 면의 상승 속도보다 작았다. 그러므로, 구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량, 및 종동측 축부(23)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량은 모두 0.15∼2.0 질량%의 범위 내이며, 또한 전자는 후자보다 0.2 질량% 이상 많았다.

이에 대하여, 비교예 1 및 2에서는, 상형(40) 내의 덕타일 주철의 용탕 면의 상승 속도는 하형(50) 내의 덕타일 주철의 용탕 면의 상승 속도 및 원통형 주형(30)[외층(1)] 내의 덕타일 주철의 용탕 면의 상승 속도보다 작지만, 100mm/초 초과였다. 그러므로, 구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량, 및 종동측 축부(23)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량은 모두 0.15∼2.0 질량%의 범위 내였지만, 양자의 차는 0.2 질량% 미만이었다.

구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 가까운 실시예 2와 비교예 1을 비교하면, 실시예 2가 비교예 1보다 구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량과 종동측 축부(23)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량의 차가 컸다. 그러므로, 양자 모두 구동측 축부(22)의 클러치부(24)의 경도는 충분했지만, 실시예 2의 종동측 축부(23)는, Cr, Mo, V, Nb 및 W의 혼입이 억제되어 있으므로, 양호한 가공성을 가지고 있는데 대하여, 비교예 1의 종동측 축부(23)는 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 혼입이 많기 때문에 경화되어, 가공 시간이 대폭 길었다.

마찬가지로, 구동측 축부(22)의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 가까운 실시예 3과 비교예 2를 비교하면, 양자 모두 구동측 축부(22)의 클러치부(24)의 경도는 충분했지만, 실시예 3의 종동측 축부(23)는 양호한 가공성을 가지고 있는데 대하여, 비교예 2의 종동측 축부(23)는 경화되어, 가공 시간이 대폭 길었다.

10 : 원심 주조제 복합 롤
1 : 외층
2 : 내층
21 : 동심부
22 : 구동측 축부
23 : 종동측 축부
24 : 구동측 축부의 클러치부
24a : 클러치부의 단면
24b : 클러치부의 절결면
25 : 종동측 축부의 볼록형부
25a : 볼록형부의 단면
100 : 정치 주조용 주형
30 : 원심 주조용 원통형 주형
32, 33, 42, 52 : 사형
40 : 정치 주조용 상형
50 : 정치 주조용 하형
60, 60a, 60b, 60c : 캐비티

Claims

원심 주조법에 의해 형성한 외층과, 덕타일 주철로 이루어지는 내층이 용착 일체화된 원심 주조제 복합 롤로서,
상기 외층이, 질량 기준으로 1.3∼3.7%의 C, 0.3∼3%의 Si, 0.1∼3%의 Mn, 1∼7%의 Cr, 1∼8%의 Mo, 2.5∼7%의 V, 0.1∼3%의 Nb 및 0.1∼5%의 W 로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 일종으로서, V가 필수인 원소와, 0.01∼0.2%의 B 및/또는 0.05∼0.3%의 S를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되는 Fe기 합금으로 이루어지고, 또한 상기 외층의 조직이 흑연을 함유하지 않고,
상기 내층이, 상기 외층에 용착된 동심(胴芯)부와, 상기 동심부의 양단으로부터 일체로 연장되는 구동측 축부 및 종동측 축부를 가지고,
상기 구동측 축부의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 0.35∼2 질량%이며, 상기 종동측 축부의 단부에 있어서의 Cr, Mo, V, Nb 및 W의 합계량이 0.15∼1.8 질량%이고, 전자가 후자보다 0.2 질량% 이상 많은,
원심 주조제 복합 롤.
제1항에 있어서,
상기 외층이, 질량 기준으로 0.1∼5%의 Ni, 0.1∼10%의 Co, 0.01∼0.5%의 Zr, 0.005∼0.5%의 Ti, 및 0.001∼0.5%의 Al 으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 일종을 더 함유하는, 원심 주조제 복합 롤.
제1항 또는 제2항에 기재된 원심 주조제 복합 롤을 제조하는 방법으로서,
(1) 회전하는 원심 주조용 원통형 주형으로 상기 외층을 원심 주조하는 단계, (2) 상기 외층을 가지는 상기 원통형 주형을 기립시키고, 그 상하단에 각각 상기 외층에 연통하는 상기 구동측 축부용의 하형(下型) 및 상기 종동측 축부용의 상형(上型)을 설치하여, 정치(stationary) 주조용 주형을 구성하는 단계, 및 (3) 상기 상형, 상기 외층 및 상기 하형으로 구성되는 캐비티에 상기 내층용의 용탕을 주입하는 단계를 포함하고,
상기 상형 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도가 100mm/초 이하이며, 상기 하형 및 상기 외층 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도보다 작은, 원심 주조제 복합 롤의 제조 방법.
제3항에 있어서
상기 상형 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도와, 상기 하형 및 상기 외층 내에 있어서의 용탕 면의 상승 속도의 차가 50∼150mm/초인, 원심 주조제 복합 롤의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외층이, 0.01∼0.2 질량%의 B 및/또는 0.1∼0.3 질량%의 S를 함유하는, 원심 주조제 복합 롤.